Závěr s vnitřním přetlakem – princip

Expo Technologies

Ochrana zařízení závěrem s vnitřním přetlakem spočívá v odstranění hořlavé látky z chráněného prostoru nebo alespoň snížení její koncentrace ve vzduchu. V chráněném prostoru (závěru) tak mohou zůstat a pracovat elektrické přístroje, které by jinak svou činností mohly způsobit výbuch.

Prostředí s nebezpečím výbuchu klade vysoké nároky na bezpečnost přístrojů a výrobních prostor. Při navrhování a používání přístrojů v takovém prostředí musíme brát do úvahy tyto okolnosti a podniknout taková opatření, aby nedošlo k nebezpečným situacím, které by mohly nastat. Naštěstí existuje řada metod na ochranu přístrojů v prostředí s nebezpečím výbuchu. Nejznámější jsou pevný závěr a jiskrová bezpečnost, které spočívají v omezení, popřípadě prevenci výbuchu.

Nejlépe pochopitelnou metodou je závěr s vnitřním přetlakem. Tato metoda umožňuje použití obyčejných přístrojů v prostředí s nebezpečím výbuchu tím, že je ochrání před přístupem nebezpečných látek.

Závěr s vnitřním přetlakem má oproti jiným metodám, jako například jiskrová bezpečnost nebo pevný závěr své přednosti.

Tím, že závěr s vnitřním přetlakem dovoluje použití obyčejných skříní a obyčejných přístrojů, které jsou běžně k sehnání, stává se návrh a realizace rozvaděčů jednodušší a rychlejší. Není u nich totiž potřeba dodržovat tak přísná opatření. Není také nutné řešit systémový návrh jako u jiskrové bezpečnosti.

Závěr s vnitřním přetlakem zajišťuje přístrojům větší spolehlivost a životnost díky příznivějším provozním podmínkám. Pasivní nebo aktivní chladicí součástky snižují teplotu uvnitř rozvaděče a rovněž vlhkost je na velmi nízké úrovni díky ochrannému plynu.

Kromě toho umožňuje závěr s vnitřním přetlakem návrh rozvaděčů s větší flexibilitou a s nižšími náklady. Rozvaděče jsou v porovnání s rozvaděči v pevném závěru lehčí a levnější

Potenciální nevýhody

Závěr s vnitřním přetlakem má samozřejmě i své nevýhody. Vyžaduje nepřetržitou dodávku čistého a suchého vzduchu v tzv. přístrojové kvalitě nebo inertního plynu. Náklady na dodávku ochranného plynu mohou být příliš vysoké.

Provětrání a vytvoření vnitřního přetlaku jsou dva kroky, které se musí provést před zapnutím elektrického napájení do ochranného prostoru.  Hlavním cílem je zajistit, aby se nemohlo elektrické zařízení zapnout dřív, dokud není chráněný prostor provětraný a zajištěný minimální předepsaný přetlak. Ochranný plyn nesmí obsahovat hořlavé látky a musí mít takovou kapacitu, aby dokázal zajistit provětrání a přetlak. V některých případech musí být jako ochranný plyn použitý inertní plyn (argon, dusík nebo směs inertních plynů) namísto standardního atmosférického vzduchu

Provětrání je postup odstranění potenciálně nebezpečné atmosféry z chráněného prostoru předtím než dojde k vytvoření vnitřního přetlaku. Provětrávací cyklus zajistí to, že celý objem chráněného prostoru bude zaplněn ochranným plynem, který vytlačí původní plyn, u kterého není jistota, že neobsahuje nebezpečné látky. Po ukončení tohoto cyklu máme jistotu, že je v chráněném prostoru jen ochranný plyn. Tento proces můžeme provádět ručně nebo automaticky.

Normy předepisují, kolika násobkem objemu musíme prostor provětrávat, abychom zajistili spolehlivé odstranění výbušné látky. Podle NFPA je to 4x, podle IEC/ATEX je to 5x. Objem vzduchu potřebný pro výměnu je dán objemem chráněného prostoru, typem ochranného plynu a okolními podmínkami. Z vnější strany chráněného prostoru musí být umístěn štítek s údajem o délce provětrávání před zapnutím elektrické energie.

Vnitřní přetlak je stav, kdy je uvnitř chráněného prostoru vyšší tlak ochranného plynu než tlak v okolní atmosféře. Tím je vytvořena zábrana proti vniknutí okolního plynu nebo prachu do chráněného prostoru. V případě netěsností u chráněného prostoru dochází k úniku ochranného plynu do okolní atmosféry, ale ne obráceně. IEC/ATEX vyžaduje minimální přetlak 50Pa pro typy X a Y, 25Pa pro typ Z (Viz dále v tomto článku.)

Elektrická energie může být zapnuta pouze tehdy, když provětrání a následný přetlak spolehlivě odstraní možnost výskytu výbušné atmosféry uvnitř chráněného prostoru. Tato procedura vytvoří uvnitř chráněného prostoru bezpečné prostředí, kde mohou být v provozu různé elektrické přístroje. Pokud dojde ke ztrátě přetlaku, musí se vypnout přívod elektřiny. Před jejím opětovným zapnutím musí opět proběhnout provětrání a vytvoření přetlaku. U závěru typu X musí odpojení elektřiny proběhnout při ztrátě přetlaku automaticky. Pouze v případě, že automatické odpojení elektřiny by bylo nebezpečné, může být ztráta přetlaku pouze signalizována.

Závěr s vnitřním přetlakem může být realizován dvěma způsoby – Trvalý průtok a Vyrovnávání ztrát

Trvalý průtok

Při trvalém průtoku se v ochranném prostoru neustále udržuje určitý průtok ochranného plynu, a to i po skončení provětrávání. Průtok nesmí klesnout pod stanovené minimum a současně musí vytvářet určitý minimální přetlak. Tento druh se používá například tam, kde dochází k úniku hořlavé látky do chráněného prostoru. Trvalým průtokem ochranného plynu dochází ke snižování koncentrace hořlavé látky pod dolní mez výbušnosti (trvalé rozřeďování). Je to levnější způsob než vyrovnávání ztrát, pokud nepočítáme náklady na ochranný plyn.

Vyrovnávání ztrát

Chráněný prostor se nejdřív provětrá ochranným plynem několika násobkem jeho objemu. Poté se uzavře výpustný ventil a v chráněném prostoru se udržuje mírný přetlak, aby se zabránilo vniknutí nebezpečných látek z okolí. Dodávaný ochranný plyn kompenzuje úniky netěsnostmi. Většina uživatelů považuje za přijatelnou dobu provětrávání dobu kratší než 30 minut. Pro dodržení požadované doby provětrávání je u prostorů s velkým objemem zapotřebí silný zdroj ochranného plynu. Další spotřeba ochranného plynu už závisí jen na netěsnostech krytu.

Oba druhy závěru s vnitřním přetlakem (trvalý průtok i vyrovnávání ztrát) obsahují dvě základní součásti:

  • Řídící jednotka, která měří průtok a tlak. Výstupem této jednotky je kontakt, kterým se signalizuje dosažení předepsaného přetlaku. U systémů typu X je součástí řídící jednotky ještě automatika, která ovládá provětrávání a automaticky odpojuje elektrickou energii při ztrátě tlaku.
  • Výstupní ventil, který je zabudovaný do krytu ochranného prostoru. Ten omezuje maximální provozní tlak v chráněném prostoru. U systému s vyrovnáváním ztrát slouží výstupní ventil jako snímač průtoku pro měření doby provětrávání. Součástí výstupních ventilů jsou zachycovače jisker, které by mohly vznikat v chráněném prostoru.

U systému s trvalým průtokem je výstupní ventil nakalibrovaný tak, že tlakový spád na něm odpovídá průtoku ochranného plynu. Doplněním řídící jednotky o snímač minimálního tlaku je zajištěn požadovaný průtok. Jeho součástí zase musí být zachycovač jisker.

Závěr s vnitřním přetlakem se se liší podle zóny, ve které je chráněný prostor:

  • Typ Ex px vytvoří ze Zóny 1 bezpečné prostředí. Je vyžadována určitá úroveň automatizace. Přechod z provětrávání na vyrovnávání ztrát se děje automaticky, při ztrátě přetlaku se automaticky odpojuje elektrické zařízení.
  • Typ Ex py vytvoří ze Zóny 1 Zónu 2. Uvnitř chráněného prostoru mohou být jen přístroje, které vyhovují Zóně 2. Není to příliš běžná varianta.
  • Typ Ex pz vytvoří ze Zóny 2 bezpečné prostředí. Stačí jen ruční ovládání. Při ztrátě přetlaku upozorní alarm obsluhu a ta podnikne patřičná opatření.

Pro závěr s vnitřním přetlakem mohou být použity různé kryty nebo skříně, ale musí se brát do úvahy specifické vlastnosti této ochranné metody. Běžné elektrické rozvaděče mají úroveň krytí, která vyjadřuje odolnost proti vnikání vody nebo prachu (IP). Toto krytí ovšem nevyjadřuje schopnost rozvaděče udržet vnitřní přetlak. Konstruktéři musí brát do úvahy tlak, který bude uvnitř takového rozvaděče.

Pokud je například v rozvaděči vnitřní přetlak 10mbar, což je běžný přetlak při provětrávání, působí tento tlak na stěnu o velikosti 1m x 1m silou 1kN.

Minimální požadavek na krytí podle IEC je IP40, doporučené je ovšem IP65. Kromě toho se doporučuje větší počet zámečků. Těsnění, používaná pro IP54 a IP65 jsou většinou dostačující. Může se použít také několik dveří. Mají být ovšem samostatně uzavíratelné, ne překrývané. Nedoporučuje se používat modulární skříně (rám a stěny) kvůli velkému množství možných netěsností. Doporučují se plně svařované skříně

Skříně musí také vydržet v korozivním prostředí, pokud jsou do něj určeny. Používá se většinou uhlíková nebo nerezová ocel. Plastové skříně se nedoporučují do prostředí s nebezpečím výbuchu kvůli nebezpečí statické elektřiny.

Skříně mohou mít i okýnka pro možnost nahlížení dovnitř. Musí být ovšem z materiálu odpovídajícímu prostředí a musí být dobře utěsněné.